AUTOREFERAT. do wniosku o przeprowadzenie postępowania habilitacyjnego w oparciu o objęte wspólnymi badaniami i dokonanymi opracowaniami na temat:

Transkrypt

1 AUTOREFERAT do wniosku o przeprowadzenie postępowania habilitacyjnego w oparciu o objęte wspólnymi badaniami i dokonanymi opracowaniami na temat: ZASTOSOWANIE SUSZENIA ROZPRYSKOWEGO DO MIKROKAPSULACJI DODATKÓW DO ŻYWNOŚCI 1. Imię i Nazwisko: Janusz Adamiec 2. Posiadane dyplomy naukowe: W latach studiowałem na Wydziale Chemicznym Politechniki Łódzkiej. Dyplom magistra inżyniera chemika w zakresie inżynierii chemicznej z wynikiem dobrym uzyskałem w dniu r. po napisaniu pracy magisterskiej w Katedrze Aparatury Przemysłu Chemicznego PŁ pod kierunkiem prof. dr inż. Henryka Błasińskiego, opiekun pracy dr inż. Janusz Boss. Tytuł pracy: Wyznaczanie współczynników dyfuzji roztworów elektrolitów metodą bezprzeponową. Dyplom doktora nauk technicznych w dyscyplinie inżynieria chemiczna uzyskałem w dniu r. Uchwałą Rady Wydziału Chemii Spożywczej PŁ po napisaniu rozprawy doktorskiej pt. Badanie hydrodynamiki, ruchu masy i ciepła w kolumnie z wypełnieniem ruchomym Promotor: Prof. dr hab. inż. Czesław Strumiłło, Instytut Inżynierii Chemicznej PŁ. Recenzenci: Prof. dr inż. Mieczysław Serwiński, Politechnika Łódzka Doc. dr inż. Bolesław Młodziński, Politechnika Warszawska 1

2 3. Zatrudnienie w jednostkach naukowych: Od zakończenia studiów jedynym moim miejscem zatrudnienia była i jest nadal Politechnika Łódzka, Łódź, ul. Żeromskiego 116 z kolejnymi etapami pracy: staż asystencki, Katedra Inżynierii Chemicznej asystent i starszy asystent w Instytucie Inżynierii Chemicznej adiunkt w Katedrze Procesów Cieplnych i Dyfuzyjnych, Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska starszy wykładowca w Katedrze jw docent w Katedrze jw. Od nadal adiunkt w Katedrze jw. 4. Główne osiągnięcia wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.): Pracując w Katedrze Procesów Cieplnych i Dyfuzyjnych pod kierunkiem profesora doktora habilitowanego Czesława Strumiłło moje zainteresowania naukowe ściśle odpowiadały głównej tematyce naukowej Katedry tj. w szerokim aspekcie teorii i praktycznych aspektów procesów suszenia materiałów. Szczególnie interesowało mnie rozwiązywanie problemów suszenia materiałów spożywczych, utrwalania ich jakości poprzez odwadnianie. Od 1986 roku, tj. od rozpoczęcia badań utrwalania na drodze suszenia produktów biotechnologicznych w ramach 5-cio letniego grantu badawczego, jako jeden z głównych wykonawców, moje zainteresowania naukowe objęły również suszenie takich materiałów jak drożdże, antybiotyki. Z tej szerokiej tematyki badawczej w ostatnich latach wykorzystałem w aspekcie naukowym, poznawczym i aplikacyjnym możliwość zastosowania suszenia rozpryskowego do mikrokapsulacji substancji tzw. aktywnych, zwłaszcza dodatków do żywności. Mikrokapsulacja jest od około 20-tu lat szczególnie intensywnie rozwijającą się tematyką badawczą i aplikacyjną. Wyniki badań i projektów stosowanych znajdują zastosowanie w dziedzinach związanych z produkcją leków i kosmetyków, w produkcji środków spożywczych, w procesach biotechnologicznych, w produkcji środków ochrony roślin, w produkcji materiałów tekstylnych, itp. Poniżej 2

3 zamieszczam wykaz ważniejszych osiągnięć moich badań i publikacji (w różnej formie) oraz omówienie ważniejszych publikacji (w liczbie 9), w których zaprezentowałem wyniki badań suszenia rozpryskowego w zastosowaniu do mikrokapsulacji dodatków do żywności. Tytuł głównego osiągnięcia naukowego: ZASTOSOWANIE SUSZENIA ROZPRYSKOWEGO DO MIKROKAPSULACJI DODATKÓW DO ŻYWNOŚCI 4. a) wykaz publikacji własnych dotyczących głównego osiągnięcia: (autor/autorzy, tytuły publikacji, rok wydania) Podstawą do ubiegania się przeze mnie o uzyskanie stopnia doktora habilitowanego nauk technicznych w dyscyplinie inżynieria chemiczna i procesowa jest Przewodnik po 9-ciu publikacjach (oznaczonych numerami I IX) obejmujących własne osiągnięcia badawczo-naukowe na temat zastosowania suszenia rozpryskowego do mikrokapsulacji dodatków do żywności. Wykaz omawianych w Przewodniku publikacji w porządku chronologicznym (pełne teksty publikacji i oświadczenia współautorów o %-owym ich udziale w załącznikach) jest następujący: I. Janusz Adamiec, Zofia Modrzejewska: Charakterystyka strukturalna a zdolność sorpcyjna mikrogranulek chitozanowych. (Structural characteristics and sorption ability of chitosan microgranules). Chemical and Process Engineering - Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 2004, vol. 25, nr 3/1, s II. Janusz Adamiec, Zofia Modrzejewska: Some structural properties of spray-dried chitosan microgranules. Drying Technology, 2005, vol. 23, nr 8, s III. Janusz Adamiec, Ewelina Marciniak: Study on the kinetics of simultaneous drying and microencapsulation in a spray dryer. Chemical and Process Engineering - Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 2006, vol. 27, nr 2, s IV. Janusz Adamiec : Analysis of microcapsule formation kinetics in spray drying process. DRYING 2006 Proceedings of the 15 th International Drying Symposium, Budapeszt, Węgry, August 2006, vol. A, Ed. I. Farkas, Series Editor: A.S. Mujumdar, s V. Janusz Adamiec, Danuta Kalemba: Analysis of microencapsulation ability of essential oils during spray drying. Drying Technology, 2006, vol. 24, nr 9, s

4 VI. Janusz Adamiec: Moisture sorption characteristics of peppermint oil microencapsulated by spray drying. Drying Technology, 2009, vol. 27, nr 12, s VII. Elżbieta Wojtowicz, Renata Zawirska-Wojtasiak, Janusz Adamiec, Erwin Wąsowicz, Krzysztof Przygoński, Marian Remiszewski: Odor active compounds content in spices and their microencapsulated powders measured by SPME. Journal of Food Science, 2010, vol. 75, nr 8, s. S VIII. Janusz Adamiec, Renata Zawirska-Wojtasiak, Elżbieta Wojtowicz : Evaluation of laboratory-scale spray dryer for microencapsulation processes. DRYING Proceedings of the 17 th International Drying Symposium (IDS 2010), Magdeburg, Niemcy, 3-6 October 2010, Ed. E. Tsotsas, Series Editor: A.S. Mujumdar, s IX. Janusz Adamiec, Chaleeda Borompichaichartkul, George Srzednicki, Waranya Panket, Supaluck Piriyapunsakul, Jianrong Zhao: Microencapsulation of kaffir lime oil and its functional properties. Drying Technology, 2012, vol. 30, nr 9, przyjęty do publikacji. WYKAZ POZOSTAŁYCH MOICH PUBLIKACJI I OSIĄGNIĘĆ ZWIĄZANYCH Z GŁÓWNYM OSIĄGNIĘCIEM NAUKOWYM : I. Prezentacje na konferencjach zagranicznych: 1. J. Adamiec, R. Zawirska-Wojtasiak, E. Wojtowicz : Evaluation of laboratory-scale spray dryer for microencapsulation processes, DRYING Proceedings of the 17 th International Drying Symposium (IDS 2010), Magdeburg, Niemcy, 3-6 October 2010, Ed. E. Tsotsas, Series Editor: A.S. Mujumdar, s , (publikacja VIII w Przewodniku) 2. J. Adamiec : Analysis of microcapsule formation kinetics in spray drying process, DRYING 2006 Proceedings of the 15 th International Drying Symposium, Budapeszt, Węgry, August 2006, vol. A, Ed. I. Farkas, Series Editor: A.S. Mujumdar, s , (publikacja IV w Przewodniku). 3. J. Adamiec, Z. Modrzejewska : Sorptivity and structural characteristics of spray-dried chitosan microparticles, DRYING Proceedings of the 14 th International Drying Symposium (IDS 2004), São Paulo, Brazylia, August 2004, vol. B, Eds. M.A. Silva, S.C.S. Rocha, s J. Adamiec, E. Marciniak : Microencapsulation of oil/matrix/water system during spray drying process, DRYING Proceedings of the 14 th International Drying Symposium (IDS 2004), São Paulo, Brazylia, August 2004, vol. C, Eds. M.A. Silva, S.C.S. Rocha, s E. Marciniak, J. Adamiec: Experimental analysis of microencapsulation of oil/matrix/water system, P Proceedings of the 16th International Congress of Chemical and Process Engineering, CHISA 2004, August 2004, Praha, Republika Czech (CD-ROM). 6. R. Zarzycki, G. Rogacki, J. Adamiec, Z. Modrzejewska : Structural characteristics of chitosan microgranules, Proceedings of 4th European Congress of Chemical Engineering Chemical Engineering, a Tool for Progress, Granada, Hiszpania, September, 2003, Topic 8: Powder Technology, no P

5 II. Prezentacje na konferencjach krajowych i publikacje w czasopismach krajowych: 1. E. Wojtowicz, R. Zawirska-Wojtasiak, J. Adamiec, Sposób na zapewnienie wysokiej jakości aromatu naturalnych przypraw liściastych - XL Sesja Komitetu Nauk o Żywności PAN, SGGW Warszawa, r. 2. W. Ambroziak, A. Wilkowska, J. Adamiec, Mikrokapsułkowane preparaty polifenoli otrzymanych z win i soków owocowych techniką suszenia rozpryskowego X Konferencja Naukowa z cyklu Żywność XXI wieku pt. Żywność Projektowana Komitetu Nauk o Żywności PAN, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Red. M. Walczycka, A. Duda-Chodak, G. Jaworska, T. Tarko, tom I, str , Kraków, września 2011r. 3. A. Wilkowska, J. Adamiec, W. Ambroziak, Aktywność antyoksydacyjna preparatów soków i win aroniowych mikrokapsułkowanych na nośnikach dekstrynowych na drodze suszenia rozpryskowego X Konferencja Naukowa z cyklu Żywność XXI wieku pt. Żywność Projektowana Komitetu Nauk o Żywności PAN, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Red. A. Duda-Chodak, T. Tarko, M. Walczycka, G. Jaworska, tom Komunikaty, str.84 (streszczenie), Kraków, września 2011r. 4. J. Adamiec, W. Ambroziak : Stabilność przeciwutleniająca mikrokapsułkowanych preparatów polifenoli otrzymywanych z wybranych soków i win owoców kolorowych, Materiały II Sympozjum Inżynierii Żywności, SGGW, Warszawa, 9-11 czerwca 2010, s.17 (streszczenie). 5. J. Adamiec : Właściwości sorpcyjne spożywczego produktu mikroenkapsulacji, Materiały I Sympozjum Inżynierii Żywności, SGGW, Warszawa, 5-6 czerwca 2008, s.15 (streszczenie). 6. J. Adamiec, D. Kalemba : Mikroenkapsulacja olejków eterycznych w warunkach suszenia rozpryskowego. Materiały IV Krajowego Sympozjum Naturalne i Syntetyczne Produkty Zapachowe i Kosmetyczne, PŁ, Łódź, czerwca 2007, s. 42 (streszczenie). 7. J. Adamiec, D. Kalemba : Ocena zdolności mikroenkapsulacji olejków eterycznych podczas suszenia rozpryskowego, Materiały XI Polish Drying Symposium, Poznań, września 2005, s.12 (streszczenia),wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2005, (CD-ROM pełny tekst). 8. J. Adamiec, E. Marciniak : Badanie kinetyki jednoczesnego suszenia i mikroenkapsulacji w warunkach suszarki rozpryskowej, Materiały XI Polish Drying Symposium, Poznań, września 2005, s.13 (streszczenia), Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2005, (CD-ROM pełny tekst). 9. J. Adamiec : Suszenie rozpryskowe w zastosowaniu do mikroenkapsulacji składników żywności, Materiały XXXV Sesji Naukowej Komitetu Nauk o Żywności PAN Żywność aspekty technologiczne i prozdrowotne, Łódź, 2004, K-5b/6, s J. Adamiec, E. Marciniak : Zastosowanie suszenia rozpryskowego dla uzyskania suchego produktu mikroenkapsulacji, Materiały X Sympozjum Suszarnictwa, Łódź, września 2003, s. 67 (streszczenia), (CD ROM-pełny tekst). 11. J. Adamiec, Z. Modrzejewska : Some structural properties of spray-dried chitosan microgranules, Materiały X Sympozjum Suszarnictwa, Łódź, września 2003, s. 68 (streszczenia), (CD ROM-pełny tekst). 5

6 12. J. Adamiec, Z. Modrzejewska, Charakterystyka strukturalna a zdolność sorpcyjna mikrogranulek chitozanowych. XVIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Szczyrk, czerwca 2004 (publikacja I w Przewodniku). 13. R. Zarzycki, Z. Modrzejewska, J. Adamiec, G. Rogacki: Granulki chitozanowe w inżynierii środowiska. Część 1. Metody wytwarzania i charakterystyka strukturalna, Inżynieria i Aparatura Chemiczna 2003, nr 4s, s III. Zrealizowane granty KBN i badania zlecone 1. Badanie kinetyki i dynamiki mikroenkapsulacji podczas procesu suszenia rozpryskowego, kierownik grantu, KBN, nr projektu 4 T09C , Badanie mechanizmu procesów transportu i jakości produktu podczas suszenia rozpryskowego, główny wykonawca, KBN, nr projektu 3 T09C , Technologia suszenia i mikroenkapsulacji materiałów w postaci pian w układzie dyspersyjnym, główny wykonawca, KBN, projekt rozwojowy nr R , Opracowanie sposobu wytwarzania i wykonanie mikrokapsuł stanowiących nośniki polimerowe dla wytypowanych barwników wskaźnikowych praca badawcza dla Centralnego Instytutu Ochrony Pracy Państwowy Instytut Badawczy, (CIOP-PIB) w Warszawie, ul. Czerniakowska 16, umowa nr 52/2009/PW-PR; W-10/121/2009/B/12 zrealizowana w 2009r., kierownik pracy, zgłoszenie patentowe nr P z dnia (w przygotowaniu publikacja). 5. Badanie suszenia rozpyłowego emulsji wodnych zawierających koenzym Q10 - kierownik i wykonawca pracy - praca badawcza dla Zakładów Farmaceutycznych Polfa-Łódź S.A. umowa nr W-10/115/2011/BU/12 zrealizowana w 2011r. 6. Badanie suszenia rozpyłowego soku lucerny - kierownik i wykonawca pracy - praca badawcza dla EKO-LOGIC Sp. z o.o. ul. Rusinowskiego 1, Tarnobrzeg umowa nr W-10/124/2011/BU/12 zrealizowana w 2011r. 7. Mikrokapsułkowane preparaty polifenoli z win i soków owocowych otrzymywane metodą suszenia rozpryskowego główny wykonawca, grant KBN realizowany w Instytucie Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Wydziału BiNoŻ P.Ł., nr N N , czas realizacji IV. Uczestnictwo w europejskim grancie COST nr 840 nt. Bioencapsulation Innovations and Technologies i nr 865 nt. Bioencapsulation Multiscale Interaction Analysis co zaowocowało kilkoma prezentacjami podczas dorocznych konferencji i sympozjów dot. realizacji programu projektu COST, np. 1. Adamiec J., Some aspects of quality conservation of bioencapsulation products during drying processes. Proceedings of the IX International Workshop on Bioencapsulation, Warszawa, Polska, May, 2001, P Adamiec J., Modrzejewska Z., Spray-dried chitosan microgranules. Proceedings of the XIth International Workshop on Bioencapsulation, Strasbourg, Francja, May, 2003, P-10. 6

7 3. Adamiec J., Kinetics of fat encapsulation during spray-drying of multicomponent emulsion. Proceedings of the XII International Workshop on Bioencapsulation, Vitoria, Hiszpania, September 2004, eds. J.L. Pedraz, G. Orive, D. Poncelet, s Adamiec J., Marciniak E., The influence of spray-drying parameters on microencapsulation product quality. Proceedings of the XIII International Workshop on Bioencapsulation, June 2005, Kingston, Ontario, Kanada, s Adamiec J., Kalemba D., Microencapsulation of peppermint oil during spray drying. Proceedings of the XIVth International Workshop on Bioencapsulation, Lausanne, Szwajcaria, 5-7 October 2006, P4-0, s Adamiec J., The effect of some spray drying parameters on the kinetics and microencapsulation of sunflower oil. Proceedings of the XIVth International Workshop on Bioencapsulation, Lausanne, Szwajcaria, 5-7 October 2006, P6-2, s Adamiec J., Workshop Spring Meeting on COST 865, Lisbon, Portugalia, April Adamiec J., Influence of selected parameters on sorptivity of microencapsulated powders. Workshop Spring Meeting on COST 865, Ljubljana, Słowenia, April 2008 V. Patenty zgłoszone w UP RP 1. P , Zgłoszenie patentowe w UP RP Sposób poprawy aromatu sterylizowanych przypraw liściastych, zwłaszcza majeranku i tymianku E. Wojtowicz, R. Zawirska-Wojtasiak, J. Adamiec, E. Korbas, P , Zgłoszenie patentowe w UP RP Mikrokapsuły polimerowe z barwnikami wskaźnikowymi i zastosowanie mikrokapsuł polimerowych R. Hrynyk, J. Adamiec, Sposób wytwarzania mikrokapsułek tymolu autorzy : J. Adamiec, E. Wojtowicz, R. Zawirska-Wojtasiak, zgłoszenie w trakcie opracowywania. VI. Inne, indywidualne formy rozpowszechniania tematyki mikrokapsulacji 1. Podczas Międzynarodowego Tygodnia Nauki października 2005r. w Łodzi, organizacja i wykonanie stoiska-wystawy w hali EXPO - prezentacja tematyki badawczej Wydziału: Mikroenkapsulacja technika wytwarzania sproszkowanych olejków, np. eterycznych, spożywczych, organizator Fundacja Rozwoju Przedsiębiorczości w Łodzi, (jako jedyny przedstawiciel Wydziału). 2. Czy możemy uzyskać każdy olej w proszku? referat podczas 7-go Festiwalu Nauki, Techniki i Sztuki, Łódź, kwietnia 2007r rok lipiec złożony wniosek o finansowanie projektu badawczego własnego nr (40 konkurs Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego) nt. Mikroenkapsulacja w procesie suszenia rozpryskowego badanie wpływu rodzaju nośników i substancji aktywnych na efektywność procesu oceniony na średnią 7.5 nie przyznano środków finansowych na realizację projektu. 7

8 ZESTAWIENIE OCENY PUNKTOWEJ WSZYSTKICH PUBLIKACJI HABILITANTA DOSTĘPNYCH W BAZACH INTERNETOWYCH I ANALIZA CYTOWAŃ: Adamiec Janusz [W-10, K-105] Analiza cytowań wykonana za pomocą bazy Web of Science r. Sporządziła: Justyna Pawlina Sekcja Bibliografii i Cytowań Oddział Informacji Naukowej Biblioteka Politechniki Łódzkiej Tel Results found: 16 Sum of the Times Cited : 66 Sum of Times Cited without selfcitations : 64 h-index : 6 Drugi sposób (plik wordowski) polega na sprawdzeniu cytowań w bazie WoS od strony cytowanej pracy podczas takiego wyszukiwania brane są pod uwagę również niepełne (błędnie opisane w bazie) opisy bibliograficzne publikacji, które w ramach możliwości m.in. w oparciu o bazę bibliograficzną BIBLIO udało się uzupełnić. W rezultacie ustalono, że 25 publikacji zacytowano 111 razy (stan na luty 2012 r.). TABELA. Zestawienie oceny punktowej (IF) wszystkich publikacji habilitanta (z ostatnich 20-tu lat) w oparciu o dostępne dane internetowe. IF wg daty publikacji IF wg średniej ostatnich 5-ciu lat Punktacja wg wykazu M.N. i Sz. W

9 4. b) omówienie celu naukowego w/w prac i osiągniętych główniejszych wyników Przewodnik po ważniejszych publikacjach przedstawionych do oceny jako główne osiągnięcia naukowe przy wniosku o nadanie stopnia naukowego doktora habilitowanego wg przepisów Ustawy o Szkolnictwie Wyższym obowiązujących od r. Temat wspólny badań i dokonanych opracowań jako główne osiągnięcie naukowe: Zastosowanie suszenia rozpryskowego do mikrokapsulacji dodatków do żywności Spis treści przewodnika po publikacjach I. PRZEDMOWA... 9 II. ZAKRES BADAŃ Wprowadzenie Zakres badań Charakterystyka substancji użytych w badaniach Przegląd najważniejszych wyników zawartych w omawianych publikacjach...21 III. PODSUMOWANIE IV. LITERATURA WŁASNA I CYTOWANA I. PRZEDMOWA Prezentowany przewodnik po ważniejszych publikacjach jest podsumowaniem wieloletnich badań własnych nad zastosowaniem suszenia rozpryskowego do mikrokapsułkowania substancji, a zwłaszcza dodatków do żywności. Niniejsze opracowanie zawiera wyniki prac własnych (lub z udziałem specjalistów z innych dyscyplin) (chronologiczny wykaz publikacji poniżej), dotyczących zastosowania suszenia rozpryskowego do badań nad otrzymywaniem mikrokapsułek o określonych właściwościach (publikacje I II), badań zamykania oleju słonecznikowego w mikrokapsułkach (III, IV) oraz badań zamykania i utrwalania związków aromatycznych lub naturalnych olejków aromatycznych w postaci mikrokapsułek (publikacje V - IX): 9

10 I. Janusz Adamiec, Zofia Modrzejewska: Charakterystyka strukturalna a zdolność sorpcyjna mikrogranulek chitozanowych. (Structural characteristics and sorption ability of chitosan microgranules). Chemical and Process Engineering - Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 2004, vol. 25, nr 3/1, s II. Janusz Adamiec, Zofia Modrzejewska: Some structural properties of spray-dried chitosan microgranules. Drying Technology, 2005, vol. 23, nr 8, s III. Janusz Adamiec, Ewelina Marciniak: Study on the kinetics of simultaneous drying and microencapsulation in a spray dryer. Chemical and Process Engineering - Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 2006, vol. 27, nr 2, s IV. Janusz Adamiec : Analysis of microcapsule formation kinetics in spray drying process. DRYING 2006 Proceedings of the 15 th International Drying Symposium, Budapeszt, Węgry, August 2006, vol. A, Ed. I. Farkas, Series Editor: A.S. Mujumdar, s V. Janusz Adamiec, Danuta Kalemba: Analysis of microencapsulation ability of essential oils during spray drying. Drying Technology, 2006, vol. 24, nr 9, s VI. Janusz Adamiec: Moisture sorption characteristics of peppermint oil microencapsulated by spray drying. Drying Technology, 2009, vol. 27, nr 12, s VII. Elżbieta Wojtowicz, Renata Zawirska-Wojtasiak, Janusz Adamiec, Erwin Wasowicz, Krzysztof Przygoński, Marian Remiszewski: Odor active compounds content in spices and their microencapsulated powders measured by SPME. Journal of Food Science, 2010, vol. 75, nr 8, s. S VIII. Janusz Adamiec, Renata Zawirska-Wojtasiak, Elżbieta Wojtowicz : Evaluation of laboratory-scale spray dryer for microencapsulation processes. DRYING Proceedings of the 17 th International Drying Symposium (IDS 2010), Magdeburg, Niemcy, 3-6 October 2010, Ed. E. Tsotsas, Series Editor: A.S. Mujumdar, s IX. Janusz Adamiec, Chaleeda Borompichaichartkul, George Srzednicki, Waranya Panket, Supaluck Piriyapunsakul, Jianrong Zhao: Microencapsulation of kaffir lime oil and its functional properties. Drying Technology, 2012, vol. 30, nr 9, przyjęty do publikacji. Publikacje te są w pracy oznaczone cyframi rzymskimi z pogrubieniem. W opracowaniu prezentuję te publikacje jako kolejne etapy moich badań w porządku chronologicznym, z podkreśleniem ważniejszych uzyskanych efektów poznawczych i aplikacyjnych mikrokapsulacji szeregu związków stosowanych między innymi jako dodatki do żywności. W dalszej części opracowania zamieściłem te publikacje w wersji oryginalnej, w formie drukowanej obowiązującej dla Wydawnictwa. W publikacjach I i II przedstawiłem wyniki badań nad wytworzeniem mikrokapsułek chitozanowych poprzez odparowanie wody z wieloskładnikowego roztworu, stosując metodę suszenia rozpryskowego. W publikacjach III i IV analizowałem wyniki badań kinetyki tworzenia się mikrokapsułek w efekcie odparowania wody podczas suszenia rozpylonej emulsji w suszarce rozpryskowej. Substancjami badanymi była maltodekstryna, jako materiał tworzący mikrokapsułkę, oraz jadalny olej słonecznikowy, jako materiał zamykany 10

11 w mikrokapsułkach. W publikacji V zamieściłem wyniki badań mikrokapsulacji olejku aromatycznego (naturalnego olejku będącego ekstraktem z liści mięty pieprzowej i olejku elemi) w maltodekstrynie, analizując w nich nie tylko stopień zatrzymania olejku w proszku mikrokapsułek ale także jakościową zmianę składu substancji zapachowych w otrzymanym produkcie w odniesieniu do olejku wyjściowego. W publikacji VI przedstawiłem wyniki badań równowagi sorpcyjnej pary wodnej i mikrokapsuł zawierających olejek z mięty pieprzowej w otoczce maltodekstryny. Badania wykonałem dla mikrokapsuł o różnym składzie i przy trzech wartościach temperatury sorpcji: 15, 25 i 35 C. W publikacji VII wykorzystałem wyniki badań zastosowania suszenia rozpryskowego do mikrokapsulacji związków aromatycznych: linalolu z majeranku i tymolu z tymianku. Oba związki są wykorzystywane do zwiększania walorów smakowo-zapachowych produktów spożywczych. W publikacji VIII zamieściłem wyniki badań mikrokapsulacji olejku aromatycznego linalolu i tymolu w maltodekstrynie analizując wpływ składu emulsji poddawanej suszeniu i parametrów suszenia na skład i postać wytworzonego proszku mikrokapsułek. W publikacji IX przedstawiłem właściwości fizykochemiczne i biologiczne mikrokapsułek zawierających olejek pozyskany z owoców rośliny cytrusowej limonka kaffir, występującej głównie w południowo-wschodniej Azji. Poszczególne części tej rośliny posiadają znaczenie lecznicze, kosmetyczne oraz są jedną z ważniejszych spożywczych przypraw. Celem tych badań było zbadanie wpływu warunków suszenia rozpryskowego na trwałość związków aromatycznych i ich aktywność przeciwbakteryjną. Większość wyników moich badań nad otrzymywaniem mikrokapsuł z zastosowaniem suszenia rozpryskowego oraz ich wykorzystania do mikrokapsulacji różnych związków zostało opublikowanych w powyżej wymienionych czasopismach naukowych oraz były podstawą do opracowania dwóch wniosków zgłoszonych do opatentowania w Urzędzie Patentowym RP (P , P ). Natomiast wyniki cząstkowe posłużyły do przygotowania materiałów prezentowanych na konferencjach krajowych (13) i zagranicznych (14). Wybrane wyniki cząstkowe jako uzupełniające w Przewodniku, zamieszczone w tych prezentacjach, oznaczyłem w tekście numeracją zapisaną czcionką Italic np. [15]. II. ZAKRES BADAŃ 1. Wprowadzenie Mikrokapsułkowanie (ang. Microencapsulation; mikroenkapsulacja) to proces polegający na pokrywaniu i zamykaniu różnych związków w materiale matrycowym w sposób umożliwiający formowanie mikrokapsułek. Celem procesu mikrokapsulacji jest utrwalenie i ochrona właściwości zamykanych związków, co umożliwia: wydłużenie czasu przechowywania, równomierne rozprowadzenie w produkcie finalnym i wielokrotne 11

12 wykorzystanie w procesach. W szczególnych przypadkach proces jest w swej naturze zbliżony do znanego w biotechnologii procesu immobilizacji materiału biologicznego. Pierwsze doniesienia o praktycznym wykorzystaniu procesu w technologii utrwalania środków spożywczych pojawiły się w latach trzydziestych XX wieku, a w latach pięćdziesiątych wykorzystano mikrokapsułki w technice suchego powielania druku [3]. Stopniowo wzrastało zainteresowanie procesem, znajdując coraz bardziej różnorodne jego zastosowania w szeregu dziedzinach. W ostatnich trzydziestu latach ilościowy wzrost badań i ich zróżnicowanie znacznie wzrosło, o czym świadczy fakt, że tylko w obrębie bazy Science Direct w 2011 roku zanotowano 57 publikacji (poszukiwania ograniczono do występowania słowa microencapsulation w streszczeniach). O znaczeniu procesu mikrokapsulacji (badawczo-naukowym i aplikacyjnym) może świadczyć także: - aktywnie działające od ponad 40-tu lat International Microencapsulation Society; - działająca we Francji Bioencapsulation Research Gruop; w skład tej grupy wchodzą naukowcy i praktycy z wielu specjalności, z kilkunastu krajów Europy i Kanady ( - wydawanie specjalistycznego czasopisma Journal of Microencapsulation; - wydawanie monografii, m.in. Encapsulation Technologies for Active Food Ingredients and Food Processing (N.J. Zuidam i V.A. Nedović, edytorzy, Springer) w 2010 [4]. Efektem szerokiego zainteresowania tematem mikrokapsulacji są liczne publikacje w różnych czasopismach naukowych, referaty na konferencjach i równie liczne opracowania patentowe. Należy podkreślić, że śledzenie doniesień literaturowych jest utrudnione ze względu na multidyscyplinarny charakter zagadnienia co powoduje, że wyniki publikowane są w bardzo zróżnicowanych tematycznie periodykach naukowych. Mikrokapsułkowanie jest stosowane w szeregu gałęziach przemysłu, takich jak przemysł farmaceutyczny (np.: do zamykania leków w otoczce a następnie do kontrolowanego ich uwalniania [5-7]), przemysł kosmetyczny (np.: do utrwalania związków zapachowych i regenerujących skórę), przemysł spożywczy (np.: jako nośnik i sposób utrwalania związków zapachowych [3,4,8,9]), przemysł chemiczny i biotechnologiczny do immobilizacji katalizatorów chemicznych i biologicznych (np.: enzymy, mikroorganizmy [4,10,11]) a także jako nośniki środków ochrony roślin, w przemyśle lekkim (np.: impregnacja tkanin, odzieży, wyrobów ze skóry z mikrokapsułkami zawierającymi aktywne związki o ukierunkowanym działaniu [12,13]). Technika mikrokapsulacji jest typowym przykładem interdyscyplinarnego wykorzystania teoretycznej i praktycznej wiedzy, obejmującej podstawy chemii materiałów (polimerów, biopolimerów), chemii leków, biochemii związków spożywczych i biologicznych, inżynierii procesów oraz specjalistycznych metod i sposobów analizy jakości surowców i produktów procesu. Rozróżnia się metody wytwarzania mikrokapsułek fizykochemiczne, 12

13 chemiczne i fizyczne. Zastosowanie określonej metody, zarówno na etapie badań jak i aplikacji, zależy od szeregu uwarunkowań: właściwości fizykochemicznych związków tworzących mikrokapsułkę, przeznaczenia i sposobu wykorzystania produktu mikrokapsulacji, wielkości produkcji w skali przemysłowej, kosztów aparaturowych i procesowych. W efekcie uzyskuje się produkt w postaci mokrej (np.: mikrokapsułki w zawiesinie) lub w postaci suchej (proszek). Przyjmuje się, że rozmiar mikrokapsułek zawiera się w zakresie od kilku do kilkuset mikrometrów, ale najczęściej są to cząstki o średnim rozmiarze poniżej stu mikrometrów. Dla uzyskania takich struktur w postaci suchego proszku najczęściej stosuje się metodę suszenia rozpryskowego [14,15]. Odpowiednio przygotowaną wieloskładnikową emulsję, zawierającą składniki matrycy i związku aktywnego w rozpuszczalniku (np. w wodzie) poddaje się suszeniu rozpryskowemu przy ściśle określonych i kontrolowanych parametrach spełniających wymóg krótkotrwałego (kilka sekund) przebywania mikrokropel rozpylonej emulsji w strefie gorącego powietrza suszącego. Wybór i zastosowanie metody mikrokapsulacji zależy m.in. od: - przeznaczenia i sposobu wykorzystania produktu procesu, uwzględniając wymagania odnośnie trwałości oraz oczekiwanych warunków i mechanizmów uwalniania substancji aktywnej z mikrokapsułek; - wymagań odnośnie kształtu i średniego rozmiaru mikrokapsułek, ich wytrzymałości mechanicznej, reagowania na warunki otoczenia, zdolności do rozpuszczania itp.; - natury, pochodzenia i właściwości fizykochemicznych substancji tworzących mikrokapsułkę (rdzeń mikrokapsułki i otaczającą go mikropowłokę), a także natury rozpuszczalnika dla przygotowania wstępnych roztworów; - wielkości produkcji w skali przemysłowej, kosztów aparaturowych i procesowych. W efekcie stosowania różnych metod mikrokapsulacji wyróżnia się kilka podstawowych struktur mikrokapsułek (Rys. 1), za [16,17] w modyfikacji własnej. Z reguły, początkowe etapy techniki mikrokapsulacji są prowadzone w fazie ciekłej (przygotowanie roztworów, emulsji) natomiast etapy końcowe są zróżnicowane. W niektórych technikach produkt pozostaje w fazie ciekłej (suspensja, zagęszczona emulsja), natomiast w innych wymagane jest wytworzenie produktu suchego, są zatem zaliczane do metod odparowania rozpuszczalnika. Wówczas produkt ma postać sypkiego proszku i jest pozbawiony wody rozpuszczalnikowej do poziomu umożliwiającego właściwe jego użytkowanie np. do długotrwałego przechowywania. W tym celu zastosowanie suszenia rozpryskowego jest z wielu względów najbardziej właściwe. 13

14 Rys. 1. Schematy struktur zasadniczych postaci mikrokapsułek [16,17], zmienione: a, b jednolity materiał aktywny zamknięty w otoczce jednej i dwóch warstw materiału zamykającego, odpowiednio; c materiał aktywny rozproszony w całej objętości materiału zamykającego, nośnikowego, tzw. struktura matrycowa; d struktura matrycowa zamknięta powłoką drugiego materiału zamykającego. BIOPOLIMER SKŁADNIK AKTYWNY PRZYGOTOWANIE ROZTWORU MIESZANIE WSTĘPNE UTRWALACZ EMULSJI HOMOGENIZACJA EMULSYFIKACJA SUSZENIE ROZPRYSKOWE PROSZEK MIKROKAPSUŁEK Rys. 2. Ogólny schemat mikrokapsulacji suchej etapy procesu wytwarzania mikrokapsułek składników aktywnych (np. olejków aromatycznych) w otoczce biopolimeru poprzez odparowanie ciekłego rozpuszczalnika metodą suszenia rozpryskowego. 14

15 Ogólny schemat mikrokapsulacji suchej z wykorzystaniem suszenia rozpryskowego przedstawia Rys. 2. Etapy poprzedzające proces suszenia rozpryskowego są prostymi procesami przygotowania roztworów poprzez rozpuszczenie składnika lub kilku składników aktywnych w rozpuszczalniku (najczęściej jest to woda lub roztwór o odpowiednim odczynie ph) lub procesami mieszania różnych cieczy. Następnie roztwory te są wspólnie mieszane w celu wytworzenia jednolitego roztworu lub trwałej w czasie emulsji o określonym stopniu dyspersji składnika aktywnego w fazie ciągłej roztworu nośnika. W tej ostatniej operacji stosuje się różne techniki homogenizacji: homogenizację mechaniczną (np. używając odpowiednie wysokoobrotowe mieszadła), homogenizatory ciśnieniowe lub homogenizatory z użyciem ultradźwięków. Technika mikrokapsulacji w połączeniu z suszeniem rozpryskowym w odniesieniu do środków spożywczych jest stosowana zasadniczo w następujących trzech grupach tematycznych: mikrokapsulacja substancji zapachowych, mikrokapsulacja olejów jadalnych, mikrokapsulacja środków odżywczych (m.in. pochodzenia mikrobiologicznego). Najczęstszym i zasadniczym celem mikrokapsulacji jest otoczkowanie określonych związków w taki sposób, aby produkt finalny występował w postaci proszku, charakteryzującego się odpowiednią ilością zamkniętego składnika aktywnego i wykazującego wysoką trwałość podczas przechowywania. Dodatkową zaletą tak otrzymanego materiału jest możliwość ścisłego kontrolowania ilości wprowadzanego materiału otoczkowanego do produktów spożywczych lub farmaceutycznych. Przykładowo, naturalny olejek zapachowy po ekstrakcji z roślin ma postać płynną i posiada maksymalną koncentrację szeregu związków zapachowych. Tymczasem, w produkcie spożywczym, przeznaczonym do konsumpcji, wymagana zawartość substancji zapachowej jest na ogół niewielka, wręcz w ilościach śladowych. W takich przypadkach jedynie proszek złożony z mikrokapsułek, zawierających kilka czy kilkanaście procent olejku zapachowego, umożliwia równomierne jego rozprowadzenie w dużej objętości kilku sypkich komponentów. Niekiedy substancja spożywcza w postaci mikrokapsułek posiada niektóre właściwości fizykochemiczne zmienione na bardziej korzystne, niż w postaci naturalnej, np. łatwiejsza i wyższa jest jej rozpuszczalność w produktach finalnych (VII). 2. Zakres badań W badaniach nad zastosowaniem suszenia rozpryskowego do mikrokapsulacji substancji spożywczych koncentrowałem się głównie na badaniu wpływu parametrów suszenia na właściwości jakościowe uzyskiwanego produktu tj. suchego proszku mikrokapsułek. Z tego względu większość badań wykonałem stosując temperatury powietrza 15

16 suszącego na wlocie do suszarki niższe od ogólnie zalecanych, a mianowicie w zakresie od 140 C do 180 C i tylko w części badań zastosowałem typową dla suszenia rozpryskowego wysoką temperaturę powietrza suszącego, równą 200 C. Drugim zmiennym parametrem suszenia była temperatura powietrza wylotowego z komory suszarki. Procesem suszenia (dokładniej natężeniem dopływu emulsji do dyszy rozpylającej) sterowałem w ten sposób, aby powietrze wylotowe z suszarki posiadało temperaturę w zakresie od 70 C do 90 C. Ustalając dla danych badań natężenie przepływu powietrza suszącego i natężenie powietrza rozpylającego emulsję, kierowałem się potrzebą uzyskania produktu o zakładanej niskiej zawartości wody, przy możliwie najwyższej wydajności masowej produktu. Jakkolwiek część badań wykonałem w suszarkach o średnicach komory suszenia 0,5 m (III, IV) i 1,5m (I, II, V, VI, ), to jednak znaczną część z nich wykonałem w suszarce o średnicy 0,15 m (VII, VIII, IX), a więc stosunkowo małej. W suszarkach o większych średnicach mogłem uzyskiwać większe wydajności produktu, lecz wymagało to przygotowania dużych objętości emulsji, co nie zawsze było możliwe ze względu na procedury ich przygotowania lub ze względu na wysokie koszty poszczególnych komponentów. Z tych względów szczególnie przydatną jest suszarka w skali laboratoryjnej (o średnicy komory suszenia 0,15 m i wysokości komory 0,45 m), firmy szwajcarskiej BÜCHI, typ B 290. Charakteryzuje się ona maksymalną wydajnością suszenia 1 dcm 3 odparowanej wody w ciągu godziny, jednakże w warunkach moich badań, daleko odbiegających od maksymalnie dopuszczalnych, wydajność odparowania wody często była poniżej 0,5 dcm 3 w ciągu godziny. Natomiast niewątpliwą zaletą tej suszarki jest możliwość jednorazowego suszenia małych ilości emulsji, nawet mniej niż 0,2 dcm 3 i uzyskanie w efekcie produktu suchego w ilości wystarczającej do wykonania oznaczeń jakościowych. Jednakże mała średnica komory suszenia ogranicza możliwość prowadzenia badań w szerokim zakresie zmiennych parametrów procesu (np.: optymalizacji zmian natężenia przepływu powietrza suszącego i powietrza zasilającego dyszę), co może powodować straty produktu poprzez odkładanie się znacznych jego ilości na ściankach komory suszenia, obniżając wydajność procesu. Innym zmiennym parametrem w moich badaniach był jakościowy i ilościowy skład emulsji poddawanych suszeniu. Te parametry były ściśle związane z danym etapem moich badań. Substancje stosowane jako nośnik lub zamykające mikrokapsuły to: chitozan (I, II), maltodekstryna ze skrobi ziemniaczanej (III-VIII), glukomannoza o nazwie konjac glucomannan (IX), guma arabska (IX). Aktywne substancje lub czyste związki poddawane mikrokapsulacji to: jadalny olej słonecznikowy (III, IV), olej zapachowy elemi i z mięty pieprzowej (V, VI), linalol, olej zapachowy z majeranku (VII, VIII), tymol, związek zapachowy z tymianku (VII, VIII) i olej zapachowy z limonki kaffir (IX). Dobór materiału tworzącego mikrokapsułki, i w dalszej kolejności, dobór związków zamykanych, wynikał z następujących przesłanek: 16

17 - chitozan oraz maltodekstryna ze skrobi ziemniaczanej należą do materiałów dopuszczonych do kontaktu z żywnością i z substancjami farmaceutycznymi. Dodatkowo, maltodekstryna jest materiałem tanim; - glukomannoza typu konjac stanowi rzadki i oryginalny materiał do otrzymywania mikrokapsułek, jednak posiada szczególnie duże możliwości aplikacyjne na terenach azjatyckich; - olej słonecznikowy jest materiałem tanim i powszechnie dostępnym, przy uznanych walorach spożywczych; - zapotrzebowanie na mikrokapsułki w postaci sproszkowanej, zawierające aktywne składniki olejków zapachowych z mięty, majeranku, tymianku i limonki kaffir. Część badań, wymagających wykonania specjalistycznych analiz wybranych cech jakościowych produktów mikrokapsulacji, była wykonana przez współpracowników naukowych: - dr Zofia Modrzejewska, Katedra Systemów Inżynierii Środowiska (K-104), Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, PŁ oznaczanie właściwości strukturalnych chitozanu (I, II); - dr hab. inż. Danuta Kalemba, prof. PŁ, Instytut Podstaw Chemii Żywności, Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności, PŁ oznaczanie jakości olejków elemi i z mięty pieprzowej (V); - dr hab. Renata Zawirska-Wojtasiak, prof. UP, Instytut Technologii Żywności i Pochodzenia Roślinnego, Wydział Nauk o Żywności i Żywieniu, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu i dr Elżbieta Wojtowicz, Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego w Warszawie, Oddział Koncentratów w Poznaniu, ze współpracownikami oznaczanie jakości linalolu i tymolu (VII, VIII); - dr Chaleeda Borompichaichartkul, prof., Department of Food Technology, Faculty of Science, Chulalongkorn University, Bangkok, Tajlandia i dr George Srzednicki, prof., Food Science and Technology, School of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of New South Wales, Sydney, Australia, ze współpracownikami oznaczanie antybakteryjne i SEM olejku z limonki kaffir (IX). 3. Charakterystyka substancji użytych w badaniach Poniżej przedstawiam ogólną charakterystykę ważniejszych substancji użytych w badaniach a zwłaszcza ich skład chemiczny, podstawowe właściwości fizykochemiczne i cechy ich przydatności dla procesu mikrokapsulacji. Chitozan (deacetylowana chityna) jest nietoksycznym, naturalnym biopolimerem, otrzymywanym z pancerzyków skorupiaków. Jest polisacharydem o szerokim zastosowaniu w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym (nośnik leków oraz wrażliwych i nietrwałych 17

18 dodatków do żywności), kosmetycznym, w biotechnologii (nośnik katalizatorów chemicznych i biochemicznych), w weterynarii, rolnictwie i w ochronie środowiska (sorbent do uzdatniania wody, oczyszczania ścieków i powietrza) [18,19]. Najczęściej spełnia funkcję nośnika związków biologicznie czynnych. W stanie stałym chitozan tworzy mikrostruktury, których budowa wpływa na jego zdolność do użycia jako materiału nośnikowego. Zastosowanie mikrokapsułek, zwłaszcza w farmacji, jako nośnika leków, wymaga form o idealnej sferyczności (np. do iniekcji) i o wysoko rozwiniętej powierzchni. Z tych względów i z takim przeznaczeniem zajmowałem się tworzeniem chitozanowych mikrokapsuł metodą suszenia rozpryskowego. W badaniach używałem chitozanu wytworzonego z kryla (Fluka, Niemcy) o masie cząsteczkowej 500 kd i o stopniu acetylacji (degree of acetylation - DA) 71% (I, II). Maltodekstryna ze skrobi ziemniaczanej to preparat w postaci sypkiego białego proszku, otrzymywany w wyniku enzymatycznej depolimeryzacji zżelowanej skrobi ziemniaczanej, która następnie może być poddana suszeniu rozpryskowemu. Dzięki szerokiemu zakresowi depolimeryzacji skrobi (Dextrose equivalent DE = 6 30; wartość 100 odpowiada kompletnej depolimeryzacji) maltodekstryny posiadają zróżnicowany skład mieszaniny cukrów. Maltodekstryny posiadają właściwości m.in. emulgujące, wypełniające, sklejające, stabilizujące. Ze względu na swój skład i właściwości znalazły szerokie zastosowanie głównie w przemyśle spożywczym: w produkcji odżywek dla dzieci i niemowląt, w produkcji wyrobów cukierniczych, w produktach sproszkowanych (sosy, przyprawy, zupy), jako nośnik aromatów i barwników, w produkcji mrożonek (lodów, kremów), w przemyśle mięsnym oraz w produkcji środków leczniczych (pastylek i syropów wykrztuśnych, odżywek). W badaniach używałem maltodekstryny (DE 16) krajowego producenta P.P.Z. NOWAMYL S.A., Łobez (III VIII). Glukomannoza Konjac jest hetero polisacharydem, otrzymywanym z bulw Amorphohallus konjac, rośliny występującej powszechnie w Chinach i Japonii. Glukomannoza zbudowana jest z cząsteczek: D-glukoz i D-mannoz, połączonych w proporcjach 1,6 : 1,0 wiązaniami β-1,4-glikozydowymi. Masa molowa stosowanej glukomannozy Konjac wynosi około 10 5 g, z czym powiązana jest szczególnie wysoka lepkość roztworów wodnych [20]. Dla procesów mikrokapsułkowania bardzo przydatna jest wyjątkowa zdolność glukomannozy do tworzenia filmów powierzchniowych i bardzo dobra stabilność w zimnej i w gorącej wodzie, a także w roztworach kwasów. Związek ten jest od dawna stosowany w tradycyjnej kuchni Japonii i w niektórych częściach Chin. Duże zainteresowanie produktami otrzymywanymi z tej rośliny upowszechnił jej uprawianie w Chinach, które obecnie są głównym eksporterem glukomannozy Konjac. W badaniach własnych używałem glukomannozę o czystości spożywczej, dostarczony przez producenta Yunnan Genyun Konjac Resource Corp., Kunming (Chiny) (IX). 18

19 Guma arabska to gumowata wydzielina z pnia i gałęzi akacji senegalskiej i innych afrykańskich gatunków z rodzaju mimozowatych (Acacia). Po wysuszeniu metodą rozpryskową ma postać jasnożółtego proszku. Powoli, ale całkowicie rozpuszcza się w większej ilości wody. Głównym składnikiem gumy arabskiej jest polisacharyd zwany arabiną, a także kwasy: arabinowy i D-glukurowy oraz ramnoza i galaktoza. Guma arabska zawiera również ok. 2% białek, co warunkuje dobre właściwości emulsyfikujące roztworów gumy arabskiej. Związek ten, dodany do wody, tworzy lepkie koloidalne roztwory, stosowane szczególnie często w farmacji, medycynie i w produkcji środków spożywczych, pełniąc rolę emulgatora olejów, tłuszczów, wosków i olejków eterycznych, a także jako lepiszcze w formulacji tabletek. Jest często badanym składnikiem mieszanin nośnikowych, jednakże, ze względu na dość wysoką cenę, badania te mają raczej charakter porównawczy w poszukiwaniach tańszych zamienników. W badaniach własnych stosowałem proszek gumy arabskiej, o czystości dopuszczonej jako dodatek do żywności, dostarczony przez firmę Jumbo Acacia Co., Ltd. z Tajlandii (IX). Olej słonecznikowy konsumpcyjny olej słonecznikowy, pozyskiwany z nasion słonecznika metodą tłoczenia na zimno, produkowany w Zakładach Przemysłu Tłuszczowego S.A. w Kruszwicy, był typowym olejem kupionym w handlu detalicznym. Jest to mieszanina estrów wielu kwasów tłuszczowych o różnym stopniu nienasycenia. Pod wpływem otoczenia ulega degradacji jakościowej, zatem wymaga przechowywania w chłodnym i zaciemnionym miejscu. Olej słonecznikowy użyłem do sporządzenia emulsji olejowej w badaniach w suszarce o średnicy 0,5 m (III, IV), co wymuszało stosowanie objętości rzędu 80 dcm 3 w jednej szarży i narzucało konieczność stosowania tanich źródeł surowca. Badania te, dotyczące kinetyki suszenia i mikrokapsulacji, miały charakter poznawczy, poprzedzający mikrokapsulację olejów o większej zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych ale i bardziej nietrwałych (np.: olej z ryb) (III, IV). Olejek elemi to produkt destylacji z parą wodną naturalnej oleożywicy, otrzymywanej z drzewa kanarecznika zwyczajnego (Canarium commune). W badanym olejku zidentyfikowano około 15 składników, głównie węglowodorów monoterpenowych, takich jak p-cymen, sabinen, α-tujen i y-terpinen (V). Olejek ten, mający znaczenie w perfumerii, wybrałem jako przykład olejku eterycznego, zawierającego w przewadze niepolarne związki. Do badań użyłem olejek pochodzący z kolekcji związków aromatycznych Instytutu Podstaw Chemii Żywności Politechniki Łódzkiej (V). Olejek z mięty pieprzowej to produkt destylacji z parą wodną liści mięty pieprzowej (Mentha piperita). Olejek zawierał ponad 30 składników, wśród których dominowały tlenowe monoterpeny, alkohole (głównie mentol) oraz ketony (głównie menton i izomenton) (V, VI). Jest to jeden z najczęściej stosowanych olejków eterycznych w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. Olejek miętowy i wydzielony z niego mentol są powszechnie dodawane 19

20 do gum do żucia, środków do higieny jamy ustnej, do papierosów oraz do różnych leków i syropów. W badaniach własnych użyłem olejek miętowy produkcji Herbapol-Łódź S.A (V, VI). Linalol jest alifatycznym alkoholem monoterpenowym, o intensywnym zapachu konwalii, który był bardzo często stosowany w przemyśle perfumeryjnym i kosmetycznym. Ostatnio jego rola nieznacznie osłabła, gdyż jest również silnym alergenem. Linalol jest głównym składnikiem olejku majerankowego, pozyskiwanego z majeranku ogrodowego (Majorana hortensis). W celu zachowania trwałości i stabilności jakościowej olejku, wskazana jest jego stabilizacja, np. metodą mikrokapsułkowania. W badaniach stosowałem linalol o czystości >97% firmy Fluka (Szwajcaria) (VII, VIII). Tymol to fenol o szkielecie terpenowym, główny składnik olejku tymiankowego, otrzymywanego z tymianku pospolitego (Thymus vulgaris). W formie czystej tworzy bezbarwne lub białe kryształy o charakterystycznym silnym zapachu macierzanki. Powinien być przechowywany w niskich temperaturach, ze względu na właściwości sublimacyjne. Tymol posiada silne właściwości bakterio- i grzybobójcze. Olejek tymiankowy działa hamująco na rozwój bakterii ropotwórczych i jest składnikiem wielu leków stosowanych do użytku zewnętrznego. Jest jednocześnie trucizną i wymaga precyzyjnego dozowania. W tym przypadku mikrokapsulacja tymolu ma na celu ograniczyć jego sublimację oraz ułatwić wymieszanie i dozowanie. W badaniach stosowałem tymol o czystości >89.5% firmy Sigma- Aldrich (Niemcy) (VII, VIII). Olejek z limonki kaffir to mieszanina związków zapachowych z przewagą β-pinenu (30,6%) i limonenu (29,2%). Limonka kaffir (Citrus hystrix) to roślina cytrusowa, uprawiana powszechnie w południowo-wschodniej Azji i stosowana jako popularna przyprawa do zup, sosów i wielu innych regionalnych potraw. Ponadto sok oraz liście stosowane są w tradycyjnej medycynie indonezyjskiej, co znalazło odbicie w nazwie: jeruk obat czyli cytrus lekarski. Ponieważ posiada również właściwości owadobójcze, olejek z limonki kaffir znalazł zastosowanie w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i kosmetycznym. Posiadają one przeciwbakteryjne właściwości dla Escherichia coli, Staphylococcus aureus i Salmonella enteritidis. Jednakże główne składniki są lotne oraz ulegają utlenianiu i rozkładowi pod wpływem podwyższonej temperatury, tlenu i wilgotności. Zatem opracowanie metody utrwalania olejku limonki kaffir, m.in. poprzez wytworzenie proszku mikrokapsułek, jest szczególnie uzasadnione. Do badań użyłem olejek produkowany przez Thai-China Flavours and Fragrances Industry Co. Ltd., (Tajlandia) (IX). 20

21 4. Przegląd najważniejszych wyników zawartych w omawianych publikacjach Poniżej przedstawiam najważniejsze zagadnienia, zawarte w publikacjach (I - IX) dotyczących zastosowania suszenia rozpryskowego do mikrokapsułkowania dodatków do żywności Wytworzenie i badanie porowatych mikrostruktur chitozanowych (I, II). Celem suszenia roztworów chitozanu (I, II) było uzyskanie mikrocząstek z roztworów wodnych czystego chitozanu (1,7% mas.) w obecności kwasu octowego (0,6% mas.) lub kwasu askorbinowego (1,7% mas.) oraz powyższych roztworów z dodatkiem czynników sieciującym chitozan: aldehydem glutarowym (0,02 g/gchitozanu) lub trifosforanem sodowym (0,5 g/g chitozanu). Suszenie wykonałem przy jednakowych temperaturach suszenia: temperatura powietrza wlotowego do suszarki 150 C, temperatura powietrza wylotowego 80 C. Uzyskane mikrocząstki były analizowane głównie pod względem ich morfologii (rozmiar i sferyczność cząstek) oraz porowatości struktury (objętość oraz powierzchnia porów). Ponadto była oznaczana gęstość absolutna cząstek, zawartość wody w produkcie suszenia, wyznaczyłem krzywe równowagowi sorpcji pary wodnej w temperaturze 25 C oraz oznaczyłem efekty cieplne w proszku w badaniu metodą Differential Scanning Calorymetry (DSC). Wytworzony proszek zawierał mikrocząstki o średniej średnicy rzędu kilku do kilkunastu mikrometrów, z wyjątkiem cząstek wytworzonych z roztworu chitozanu i kwasu askorbinowego z dodanym trifosforanem sodowym, którego cząstki miały średnicę od kilkunastu do 30-tu mikrometrów. Również sferyczność tych cząstek (d min /d max = 0,5) była inna od sferyczności cząstek pozostałych proszków, dla których sferyczność zawierała się w zakresie 0,8 0,9. Także gęstość tych cząstek była najwyższa (1,6033) w porównaniu do 1,146 i 1,1286 g/cm 3 dla pozostałych mikrocząstek. Natomiast zawartość wilgoci w proszku po suszeniu z roztworu z kwasem askorbinowym była niższa (3,33 i 3,37 % s.s.) od zawartości wilgoci w proszku uzyskanym po suszeniu roztworu z kwasem octowym (10,17 i 11,04 % s.s.). Badania DSC proszków potwierdziły powyższe zróżnicowane zawartości wilgoci w produkcie suszenia (mniejsze piki endotermicznego usuwania wody), a ponadto wykreślone spektra DSC posiadały wyraźnie zaznaczone trzy piki, odpowiadające endotermicznym procesom przemiany usuwania wody w zakresach temperatur: C, C i C. Wyznaczenie tych pików wskazuje na różny mechanizm i siły wiązania wody ze strukturą mikrocząstek polimeru, a ponadto znacznie mniej wyraźne piki w zakresie temperatury C dla proszków z udziałem związków sieciujących, pozwala uwzględnić efekt sieciowania mikrostruktury biopolimeru (II). Wyniki oznaczeń objętości i powierzchni porów (I) wskazują najwyższe wartości w strukturze proszku biopolimeru uzyskanego z roztworu z kwasem octowym sieciowanego 21